3 – LES ONDES LUMINEUSES Définition : La lumière est une onde

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3 – LES ONDES LUMINEUSES
Définition :
La lumière est une onde électromagnétique transversale visible par l’être
humain.
Caractéristiques :
-
les ondes lumineuses se propagent en ligne droite;
-
lorsqu’elles rencontrent un obstacle, elles peuvent être réfléchies, réfractées
(déviées) ou absorbées.
3.1 – La réflexion
Définition :
La réflexion est le changement de direction d’un rayon lumineux au contact
d’un nouveau milieu et son retour dans le milieu d’où il provient. (Fig. 4.26)
Lois de la réflexion :
1. Le rayon incident, la normale et le rayon réfléchi se trouvent toujours dans le même plan.
2. L’angle d’incidence est toujours égal à l’angle de réflexion.
Il existe deux types de réflexion : diffuse et spéculaire.
La réflexion diffuse
-
Une surface qui nous semble lisse peut être irrégulière, rugueuse.
-
Lorsque des rayons lumineux parallèles frappent une telle surface, ils sont réfléchis dans
toutes les directions.
-
Ils semblent ne pas respecter les lois de la réflexion. C’est la réflexion diffuse (fig. 4.27).
C’est grâce à la réflexion diffuse que nous voyons les objets qui n’émettent pas de lumière
propre.
La réflexion spéculaire
-
Il y a des surfaces parfaitement lisses, comme la surface d’un lac ou d’un miroir.
-
Lorsque des rayons lumineux parallèles frappent une surface lisse, ils sont réfléchis
parallèlement.
-
S’ils proviennent d’un objet, le fait qu’ils gardent leur parallélisme après réflexion permet
la formation d’une image fidèle de l’objet. C’est la réflexion spéculaire (fig. 4.29 & 4.30).
Les caractéristiques de l’image formée dans un miroir plan (fig. 4.31)
-
L’image semble se trouver derrière le miroir, à une distance égale à la distance entre le
miroir et l’objet réfléchi.
-
L’image est virtuelle. Elle est formée par le prolongement des rayons réfléchis. Elle ne
peut pas être captée sur un écran.
-
L’image a la même grandeur que l’objet.
-
L’image est inversée horizontalement : le côté gauche de l’objet est le côté droit de
l’image.
Caractéristiques des miroirs utiles dans diverses applications
-
Ils modifient, par la réflexion, la trajectoire des rayons lumineux pour qu’ils parviennent à
l’œil de l’observateur.
-
Ils augmentent le champ de vision de l’observateur.
Applications des miroirs
-
Rétroviseurs (fig. 4.32)
-
Miroirs dentaires
-
Appareils photographiques
-
Microscopes
-
Télescopes
-
Périscopes
3.2 – La réfraction
Définition :
La réfraction est la déviation d’un rayon lumineux lorsqu’il passe d’un milieu
transparent à un autre (de l’air à l’eau ou vice versa, par exemple).
L’explication de la réfraction : la lumière a des vitesses différentes dans milieux différents.
Lorsque la vitesse change, la direction de propagation change aussi.
Les lentilles sont une application courante de la réfraction.
3.3 – Les lentilles
Définition :
Une lentille est une pièce faite d’un matériau transparent, dont au moins une
surface est courbe.
Les lentilles permettent :
-
de voir des objets éloignés
-
d’agrandir l’image de petits objets
Types de lentilles (fig. 4.35) :
-
convergentes : qui rapprochent les rayons lumineux qui les traversent;
-
divergentes : qui éloignent les rayons lumineux qui les traversent.
Centre optique et axe principal d’une lentille (Fig. 4.36)
Le foyer d’une lentille convergente (fig. 4.37)
Définition :
Le foyer d’une lentille convergente est le point où se rencontrent réellement les
rayons lumineux réfractés lorsque les rayons incidents sont parallèles.
Si les rayons incidents sont parallèles à l’axe principal, les rayons réfractés passent par le
foyer principal (F).
À égale distance du centre optique de la lentille, mais de l’autre côté, se trouve le foyer
principal secondaire (F’).
Le foyer d’une lentille divergente (fig. 4.38)
Définition :
Le foyer d’une lentille divergente est le point virtuel d’où semblent provenir les
rayons lumineux réfractés lorsque les rayons incidents sont parallèles.
Pour une lentille divergente, le foyer principal (F) se trouve du côté d’où provient les rayons.
Les deux foyers, F et F’ se trouvent à la même distance du centre optique de la lentille.
L’image formée par une lentille convergente (fig. 4.39)
Lorsqu’on veut déterminer l’emplacement de l’image formée par une lentille ainsi que le type
d’image obtenue, il faut tracer deux rayons à partir d’un point de l’objet observé. On les
choisit parmi les trois rayons de base ci-dessous, dont on connaît la trajectoire.
1. Un rayon parallèle à l’axe principal (1) est réfracté en passant par le foyer principal.
2. Un rayon passant par le centre optique (2) de la lentille n’est pas dévié.
3. Un rayon passant par le foyer secondaire (3) est réfracté parallèlement à l’axe
principal.
Selon la position de l’objet par rapport à la lentille, l’image aura des caractéristiques
différentes :
-
réelle ou virtuelle
-
droite ou renversée
-
plus petite, plus grande ou égale à l’objet
-
position par rapport à la lentille
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